廣州地鐵3號線北延段列車輔助供電系統(tǒng)應(yīng)用與分析

1輔助供電系統(tǒng)的定義

(1)輔助供電系統(tǒng)是指除為牽引動力系統(tǒng)之外的所有需要使用電力的負(fù)載設(shè)備提供電能的系統(tǒng),包括輔助逆變系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)。

(2)輔助供電系統(tǒng)的電力主要來自牽引供電接觸網(wǎng),經(jīng)受電弓進(jìn)入列車:當(dāng)電力無法來自牽引供電接觸網(wǎng)時,則采用外接電源(例如車間電源)或者蓄電池供電。

(3)輔助供電系統(tǒng)的負(fù)載設(shè)備主要包括牽引逆變器冷卻風(fēng)扇、輔助逆變器冷卻風(fēng)扇、空氣壓縮機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、各種電動閥門、頭燈、車廂照明及各種服務(wù)性電氣設(shè)備以及蓄電池充電器(當(dāng)充電機(jī)采用AC/DC形式時)等。此外,輔助供電系統(tǒng)還需為列車控制系統(tǒng)提供不間斷的電源。

2輔助供電系統(tǒng)的組成

2.1輸入模塊

輔助供電系統(tǒng)的輸入模塊主要包括主接觸器、輸入濾波器等,將直流電引入逆變模塊。

2.2逆變模塊

輔助供電系統(tǒng)的負(fù)載大多采用三相交流電源,因而首先要通過輔助逆變模塊將波動的直流網(wǎng)壓逆變?yōu)殡妷汉皖l率恒定的三相交流電。

2.3輸出模塊

輸出模塊主要由輸出變壓器、正弦濾波器以及熔斷器等相應(yīng)設(shè)備組成。直流網(wǎng)壓通過逆變模塊形成的交流電經(jīng)由輸出接觸器以及熔斷器對列車負(fù)載進(jìn)行供電。

2.4直流電源(兼作蓄電池充電器)

車輛上各個控制電器都由直流電源DC/DC供電。車輛上蓄電池為緊急用電所需,所以DC110v控制電源同時作為蓄電池的充電器。

以上四個部分構(gòu)成完整的輔助供電系統(tǒng)。

3西門子輔助供電系統(tǒng)與國產(chǎn)輔助供電系統(tǒng)對比分析

現(xiàn)通過對這兩種輔助供電系統(tǒng)的原理及實際應(yīng)用情況進(jìn)行對比分析,為后續(xù)城軌車輛輔助供電系統(tǒng)選型提供建議。

3.1西門子輔助逆變系統(tǒng)

3.1.1電氣參數(shù)

輔助供電系統(tǒng)輸入額定電壓為1500v的直流電,最低輸入電壓為直流900v,連續(xù)滿負(fù)載時的最高電壓為直流1800v,短時滿負(fù)載時最高電壓為直流2050v(1s):額定輸出功率為93kw帶充電機(jī)、73kw不帶充電機(jī)。DC/AC輸出電壓為380v、頻率為50Hz三相交流電:DC/DC輸出2的具體參數(shù)為直流110v,容量為20kw。冷卻方式為強(qiáng)迫風(fēng)冷。

3.1.2布置方式

西門子輔助逆變系統(tǒng)采用分布式布置、集中供電方式,每節(jié)車安裝1個輔助逆變單元DC/AC,把1500v的直流電轉(zhuǎn)換為三相380v的交流電,提供給空壓機(jī)、空調(diào)設(shè)備、設(shè)備通風(fēng)裝置以及220v的方便插座。

每節(jié)B車安裝1個DC/DC,與B車輔助逆變器集成在一個箱體,把1500v的直流電轉(zhuǎn)換為110v直流電,為整列車提供110v直流電源,并負(fù)責(zé)給列車蓄電池充電。

3.2國產(chǎn)輔助逆變系統(tǒng)

3.2.1電氣參數(shù)

國產(chǎn)輔助逆變系統(tǒng)采用的主電路形式為sIv輸出,直接兩電平逆變電路和BCG輸出。三相整流+高頻DC/DC變換,其額定電壓為1500v,電壓波動范圍為DC1000~1800v,再生制動時最大允許電壓為DC2000v。電壓輸出1的具體參數(shù)為:三相交流380×(1士5%)v的電壓,頻率為50Hz,容量為190kvA:電壓輸出2的具體參數(shù)為:DC110v,容量為20kw。冷卻方式為強(qiáng)迫風(fēng)冷。

3.2.2布置方式

國產(chǎn)輔助逆變系統(tǒng)采用集中供電的方式,每個B車安裝有1個DC/AC,每臺輔助逆變器通過三相輸出接觸器向本單元的3節(jié)車廂輸出380v交流電。

4國產(chǎn)輔助逆變系統(tǒng)與西門子輔助逆變系統(tǒng)的比較

4.1輔助系統(tǒng)工作原理比較

國產(chǎn)輔助逆變系統(tǒng)每個B車安裝有1個DC/AC,每臺輔助逆變器通過三相輸出接觸器向本單元的3節(jié)車廂輸出380v交流電。在正常工作狀態(tài)下,M車上的三相母線接觸器處于斷開狀態(tài),兩個單元各自獨(dú)立工作。輔助逆變器輸出為190kvA,當(dāng)某個單元內(nèi)的輔助逆變器發(fā)生故障時,斷開輸出接觸器,故障逆變器與供電母線隔離,通過閉合擴(kuò)展供電接觸器將非故障單元的電流引入故障單元,確保故障單元內(nèi)關(guān)鍵負(fù)載能正常工作。單個輔助逆變器的容量無法滿足整列車的負(fù)載要求,因此需要切除本單元的負(fù)載才能保障列車無需限速運(yùn)行。

西門子輔助逆變系統(tǒng)每節(jié)車都有1個輔助逆變單元DC/AC,即采用分散并網(wǎng)供電系統(tǒng),每臺輔助逆變器通過三相輸出接觸器向380v交流列車母線供電。當(dāng)任意1臺或者2臺輔助逆變器故障時,無需切除負(fù)載,當(dāng)任意3臺及以上的輔助逆變器故障時需要切除負(fù)載才能保障列車正常運(yùn)行。

4.2維護(hù)情況對比

目前廣州地鐵3號線北延段列車輔逆系統(tǒng)計劃性檢修主要以系統(tǒng)修方式開展,每年二月份為輔逆系統(tǒng)半年檢,主要檢查內(nèi)容為箱體及接地線的緊固情況,并對箱內(nèi)的灰塵進(jìn)行清潔:每年八月份為輔逆系統(tǒng)年檢,主要對輔逆箱體內(nèi)部關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查并進(jìn)行除塵。國產(chǎn)輔助逆變系統(tǒng)與西門子輔助逆變系統(tǒng)的檢修情況對比如表1所示。

從實際運(yùn)用情況看,國產(chǎn)輔助逆變系統(tǒng)較西門子輔助逆變系統(tǒng)的維護(hù)工作量偏大,主要在于國產(chǎn)輔逆新風(fēng)濾網(wǎng)每兩周需要進(jìn)行一次清潔。

5結(jié)語

本文通過對西門子輔助逆變系統(tǒng)及國產(chǎn)輔助逆變系統(tǒng)原理、運(yùn)營維護(hù)及系統(tǒng)故障情況進(jìn)行比較分析,可以為其他地鐵運(yùn)營單位選取輔助逆變系統(tǒng)時提供必要的理論支撐。